CN111366494B - 建筑3d打印材料的流变性能测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法，包括：提供基准面，将打印头置于基准面上方的设定标高处；开启3D打印机并同时开始计时，该打印头向下挤出材料直至材料受重力而断裂并掉落至基准面，停止计时，以测得时间t1；将打印头向上抬高设定距离，开启3D打印机并同时开始计时，打印头向下挤出材料直至材料受重力而断裂并掉落至基准面，停止计时，以测得时间t2；计算得出时间将时间t2和时间t1的差值Δt，将差值Δt与参照范围进行比对，从而判断出材料的流变性能是否达标。本发明有效地解决了材料流变性能测试速度慢的问题，减少了测试成本，能够快速判断出材料是否能够打印出合格的构件，有助于提升施工效率，降低施工成本。

Description

建筑3D打印材料的流变性能测试方法
技术领域
本发明涉及建筑3D打印领域，特指一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法。
背景技术
建筑3D打印材料是典型的宾汉流体，在打印头螺杆旋转产生的应力下，会想粘性流体一样流动，从打印头挤出后处于低应力状态，但又需要具有一定刚度，才能保证打印的建筑构件不坍塌，为了保证打印的建筑构件不坍塌，目前通常采用的方法是利用流变仪测出材料的具体数值，从而判断该材料是否能够打印出合格的构件，然而流变仪测试的时间较长且成本较高，难以快速判断材料的流变性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法，解决了材料流变性能测试速度慢的问题，减少了测试成本，能够快速判断出材料是否能够打印出合格的构件，有助于提升施工效率，降低施工成本。
实现上述目的的技术方案是：
本发明提供了一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法，用于测试3D打印机的打印头挤出材料的流变性能，该测试方法包括如下步骤：
S11.提供一水平的基准面，将打印头置于基准面上方的设定标高处；
S12.开启3D打印机并同时开始计时，该打印头向下挤出材料直至材料受重力而断裂并掉落至基准面，暂停3D打印机并停止计时，以测得时间t1；
S13.将打印头向上抬高设定距离，开启3D打印机并同时开始计时，打印头向下挤出材料直至材料受重力而断裂并掉落至基准面，停止计时，以测得时间t2；
S14.计算得出时间将时间t2和时间t1的差值Δt，将差值Δt与参照范围进行比对，从而判断出材料的流变性能是否达标。
本发明采用建筑3D打印材料的流变性能测试方法，通过打印头向基准面挤出材料，材料受重力的影响，当材料受到由重力产生的剪切应力大于材料的屈服应力时会产生颈缩的现象并断裂而向下掉落至基准面上，记录材料从挤出到掉落至基准面的时间t1，进而将打印头向上抬高设定距离，记录材料从挤出到掉落至基准面的时间t2，计算时间t2和时间t1的差值Δt，将差值Δt与参照范围进行比对，若差值Δt在参照范围内，则符合流变性要求，若差值Δt大于参照范围的上限值，则流变性能较弱，容易堵塞打印头，若差值Δt小于参照范围的下限值，则流变性能较强，建筑构件有坍塌的风险，有效地解决了材料流变性能测试速度慢的问题，减少了测试成本，能够快速判断出材料是否能够打印出合格的构件，有助于提升施工效率，降低施工成本。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，挤出材料前，还包括：
将打印头的出料口与基准面相贴，进而利用3D打印机控制打印头上升至设定标高处，以使得打印头的出料口正对基准面。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，设定标高为基准面上方30cm处。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，抬高打印头时，还包括：
将打印头向上抬高20cm。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，计时前，还包括：
开启3D打印机，该打印头向下挤出材料直至材料受重力断裂并掉落，暂停3D打印机，并利用刮刀刮除打印头的出料口处的材料。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，记录时间t1或时间t2时，还包括：
打印头向下连续挤出材料，在材料第三次断裂并掉落至基准面时，停止计时并记录数值，取数值的平均值，以获得时间t1或时间t2。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，挤出材料时，还包括：
设置打印头的出料速度，使得材料以设定速度向下挤出。
附图说明
图1为本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参阅图1，本发明提供了一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法，通过打印头向基准面挤出材料，材料受重力的影响，当材料受到由重力产生的剪切应力大于材料的屈服应力时会产生颈缩的现象并断裂而向下掉落至基准面上，记录材料从挤出到掉落至基准面的时间t1，进而将打印头向上抬高设定距离，记录材料从挤出到掉落至基准面的时间t2，计算时间t2和时间t1的差值Δt，将差值Δt与参照范围进行比对，若差值Δt在参照范围内，则符合流变性要求，若差值Δt大于参照范围的上限值，则流变性能较弱，容易堵塞打印头，若差值Δt小于参照范围的下限值，则流变性能较强，建筑构件有坍塌的风险，有效地解决了材料流变性能测试速度慢的问题，减少了测试成本，能够快速判断出材料是否能够打印出合格的构件，有助于提升施工效率，降低施工成本。下面结合附图对本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法进行说明。
参阅图1，图1为本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的流程图。下面结合图1，对本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法进行说明。
如图1所示，本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法，该测试方法包括如下步骤：
执行步骤S11.提供一水平的基准面，将打印头置于基准面上方的设定标高处；接着执行步骤S12
执行步骤S12.开启3D打印机并同时开始计时，该打印头向下挤出材料直至材料受重力而断裂并掉落至基准面，暂停3D打印机并停止计时，以测得时间t1；接着执行步骤S13
执行步骤S13.将打印头向上抬高设定距离，开启3D打印机并同时开始计时，打印头向下挤出材料直至材料受重力而断裂并掉落至基准面，停止计时，以测得时间t2；结合执行步骤S14
执行步骤S14.计算得出时间将时间t2和时间t1的差值Δt，将差值Δt与参照范围进行比对，从而判断出材料的流变性能是否达标。
其中，可以通过利用符合标准流变性能的材料自打印头中挤出，进而测试其断裂并掉落至基准面所用的时间，并将打印头抬高设定距离，再测试材料断裂并掉落至基准面所用的时间，将两次得到的时间相减得到时间的差值，根据该时间差值并在合理的误差范围内确定参照范围，符合标准流变性能的材料制备时可利用流变仪判断其流变性，即只需要在确定参照范围时使用流变仪，后续测试材料的流变性能时不用再使用流变仪，直接对比形成的冲击图案的直径与参照范围即可，方便快捷，节约成本；
利用这种方式确定的参照范围消除了速度与挤出口径对结果的影响，即实际测试时只要确保前后两次测试时的挤出口径与基础速度一致即可，测试时的速度与口径不需要与参照范围确定时的速度与口径相同，也不需要将得出的数据通过计算后再与参照范围进行比较，即不用考虑测试的口径和速度与参照范围不同的问题，使得参照范围的应用更加广泛。
作为本发明的一较佳实施方式，挤出材料前，还包括：
将打印头的出料口与基准面相贴，进而利用3D打印机控制打印头上升至设定标高处，以使得打印头的出料口正对基准面，避免出现出料口相对于基准面歪斜的情况，使得结果更加精确。
较佳地，设定标高为基准面上方30cm处。
进一步的，抬高打印头时，还包括：
将打印头向上抬高20cm。
进一步的，计时前，还包括：
开启3D打印机，该打印头向下挤出材料直至材料受重力断裂并掉落，暂停3D打印机，并利用刮刀刮除打印头的出料口处的材料，防止打印头的出料口处有残留的材料而影响测试结果。
进一步的，记录时间t1或时间t2时，还包括：
打印头向下连续挤出材料，在材料第三次断裂并掉落至基准面时，停止计时并记录数值，取数值的平均值，以获得时间t1或时间t2。
较佳地，挤出材料时，还包括：
设置打印头的出料速度，使得材料以设定速度向下挤出，避免挤出速度对结果的影响，即前后两次测试时间时，材料的挤出速度和挤出口径保持相同。
本发明的具体实施方式如下：
将材料倒入打印头的料斗中，提供一水平的基准面，将打印头的出料口与基准面相贴，进而通过控制3D打印机将打印头向上伸至离基准面30cm的位置，此时打印头的出料口正对基准面；
启动打印头中的螺旋杆，使得螺旋杆反向旋转以搅拌均匀材料，进而提供一容器，将容器置于打印头的出料口的下方；
启动打印头中的螺旋杆，使得螺旋杆正向旋转以向下挤出材料，材料受重力向下掉落至容器中，容器中接到1～2段材料后，移开容器，并利用刮刀将打印头出料口处多余的材料刮除；
打印头向外挤出材料并同时开始计时，材料向下挤出并受重力掉落至基准面，材料第三次掉落至基准面时关闭3D打印机并停止计时，防止打印头继续向下挤出材料，且记录测得的数据，将数据除以三取平均值，从而得到时间t1；
将打印头向上抬高20cm，即打印头距基准面50cm的位置，打印头向外挤出材料并同时开始计时，材料向下挤出并受重力掉落至基准面，材料第三次掉落至基准面时关闭3D打印机并停止计时，防止打印头继续向下挤出材料，且记录测得的数据，将数据除以三取平均值，得到时间t2；
计算时间t1和时间t2的差值Δt，将差值Δt与参照范围进行比较，若差值Δt在标准范围内，则符合流变性要求，若差值Δt大于标准范围的上限值，则流变性能较弱，容易堵塞打印头，应增大材料减水剂用量予以调整，若差值Δt小于标准范围的下限值，则流变性能较强，建筑构件有坍塌的风险，需要减少材料减水剂用量予以调整；
每次在打印建筑构件前，只需向下挤出材料，使得材料掉落至基准面，并通过计时和比对即可判断出材料是否符合流变性标准，不在需要在打印前使用流变仪进行测量，这种方式不仅方便快捷成本低，而且还能准确判断出材料是否符合流变性标准，保证了构件质量；
另外利用差值Δt可以消除挤出速度和挤出口径对结果的影响，使得差值Δt可直接与参照范围进行比较，不用考虑测试的口径和速度与参照范围不同的问题，使得参照范围的应用更加广泛。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，用于测试3D打印机的打印头挤出材料的流变性能，所述测试方法包括如下步骤：
S11.提供一水平的基准面，将所述打印头置于所述基准面上方的设定标高处；
S12.开启所述3D打印机并同时开始计时，所述打印头向下挤出所述材料直至所述材料受重力而断裂并掉落至所述基准面，暂停所述3D打印机并停止计时，以测得时间t1；
S13.将所述打印头向上抬高设定距离，开启所述3D打印机并同时开始计时，所述打印头向下挤出所述材料直至所述材料受重力而断裂并掉落至所述基准面，停止计时，以测得时间t2；
S14.计算得出所述时间t2和所述时间t1的差值Δt，将所述差值Δt与参照范围进行比对，从而判断出所述材料的流变性能是否达标。
2.如权利要求1所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，挤出所述材料前，还包括：
将所述打印头的出料口与所述基准面相贴，进而利用所述3D打印机控制所述打印头上升至设定标高处，以使得所述打印头的出料口正对所述基准面。
3.如权利要求2所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，所述设定标高为所述基准面上方30cm处。
4.如权利要求1所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，抬高所述打印头时，还包括：
将所述打印头向上抬高20cm。
5.如权利要求1所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，计时前，还包括：
开启所述3D打印机，所述打印头向下挤出所述材料直至所述材料受重力断裂并掉落，暂停所述3D打印机，并利用刮刀刮除所述打印头的出料口处的材料。
6.如权利要求1所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，记录所述时间t1或所述时间t2时，还包括：
所述打印头向下连续挤出所述材料，在所述材料第三次断裂并掉落至所述基准面时，停止计时并记录数值，取所述数值的平均值，以获得所述时间t1或所述时间t2。
7.如权利要求1所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，挤出所述材料时，还包括：
设置所述打印头的出料速度，使得所述材料以设定速度向下挤出。
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